5,03 МБ

Изменения кислотности атмосферных осадков
в последние годы
по наблюдениям метеорологической
обсерватории МГУ
Еремина Ирина Дмитриевна,
ст.науч.сотр., к.х.н.
МГУ им. М.В.Ломоносова
Географический факультет
кафедра метеорологии и климатологии,
метеообсерватория
Teл: 939-23-37
[email protected]
Многолетние наблюдения химического состава
осадков в метеообсерватории
За период 1980-2005 гг.
собрано более
3000 единичных и
суммарных (сезонных)
проб осадков.
Основные компоненты атмосферных осадков
Катионы
Анионы
Ca2+
кальций
НСО3-
гидрокарбонат
Mg2+
магний
SO42-
сульфат
Na+
натрий
Cl-
хлорид
K+
калий
NO3-
нитрат
NH4+
аммоний
Кислотность осадков
рН = - lg[H+]
Химически чистая вода:
[H+] = 10-7 M рН = 7,0
Чистые атмосферные осадки :
рН = 5,0 – 5,6
Кислотность осадков
•Интервал наблюдаемых
значений рН и средние:
1980 - 2000
2001 - 2005
3,20 – 9,65 4,20 – 8,90
4,85
5,67
•среднее значение
кислотности осадков за
период 1980-2000 гг.
примерно в 7 раз больше,
чем в последние годы
рН
градация
<4
кислые
4-5
слабокислые
5-6
равновесные
6-7
нейтральные
7-8
слабощелочные
>8
щелочные
Распределение проб осадков по градациям рН
%
снег
70
60
50
40
30
20
10
0
1980-2000
2001-2005
3-4
4-5
%
5-6
6-7
7-8
1980-2000
дожди
70
60
50
40
30
20
10
0
>8 рН
2001-2005
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
>8 рН
Количество проб кислотных осадков (<5 pH)
в 1980-2005 г.
%
50
y = -1,19x + 36,3
40
R2 = 0,575
30
20
10
0
1980
1983
1986
1989
1992
1995
1998
2001
2004
Годовой ход рН осадков
7,0
рН
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
I
II
III
IV
V
VI
2001-2005
VII
VIII
IX
1980-2000
X
XI
XII
Тренд средних годовых рН осадков
рН
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
y = 0,04x + 4,59
R2 = 0,5103
4,0
1980
1983
1986
1989
1992
1995
1998
2001
2004
Тренд средних сезонных значений
рН осадков
рН
y = 0,002x + 5,80
7,0
R2 = 0,002
6,0
5,0
y = 0,04x + 4,46
2
R = 0,499
4,0
1980
1983
1986
1989
1992
дождь
1995
1998
снег
2001
2004
Кислотные выпадения с осадками
0,50
y = -0,007x + 0,16
R2 = 0,32
кг/га в год
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003
Ионный состав осадков
Катионы
Анионы
Ca2+
кальций
НСО3-
Mg2+
магний
SO42-
сульфат
Na+
натрий
Cl-
хлорид
K+
калий
NO3-
нитрат
NH4+
гидрокарбонат
аммоний
•Минерализация осадков – сумма
концентраций всех ионов в пробе.
Повторяемость проб осадков
с различными значениями
минерализации
%
40,0
1982-2000
35,0
2001-2005
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0--10
10--20
20--30
30--50
50--100
>100 мг/л
Содержание ионов в осадках
Концентрация, мг/л
годы
1982-2000 2001-2005
HCO3
3,5
3,8
SO4
6,7
2,6
Cl
3,9
1,7
NO3
1,79
1,70
Ca
3,8
2,5
Mg
0,29
0,12
Na
0,53
0,29
K
0,18
0,14
NH4
0,97
0,59
Сумма
ионов
21,7
13,4
1982-2000
H
2001-2005
HCO3
SO4
Cl
NO3
Ca
Mg
Na
K
NH4
0,0
50,0
100,0
мк-экв/л
150,0 200,0
Соотношение содержания
некоторых ионов в осадках
250
мк-экв/л
200
HCO3
SO4
Cl
150
100
50
0
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Зависимость минерализации
от количества осадков
30,0
1700
25,0
1500
1300
15,0
1100
10,0
900
5,0
700
0,0
1982
500
1985
1988
1991
сумма ионов
1994
1997
2000
кол-во осадков
2003
мм
мг/л
20,0
Годовой ход минерализации осадков
в 1982 – 2000 и 2001 – 2005 гг.
40,0
35,0
30,0
мг/л
25,0
1982-2000
2001-2005
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Годовой ход ионов SO42- и Ca2+
в 2001 – 2005 гг.
6,0
5,0
SO4
мг/л
4,0
Ca
3,0
2,0
1,0
0,0
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Зависимость концентраций ионов в осадках
от направления приземного ветра (2004 г.)
НСО3
С
5,0
8,0
СЗ
6,0
СЗ
СВ
4,0
4,0
СВ
3,0
2,0
2,0
З
SO4
С
1,0
В
0,0
ЮЗ
ЮВ
Ю
З
0,0
В
ЮЗ
ЮВ
Ю
Зависимость концентраций ионов в осадках
от направления приземного ветра (2005 г.)
0,8
СЗ
З
С
0,6
С
Na
СВ
СЗ
0,15
0,4
0,10
0,2
0,05
0,0
В
ЮЗ
ЮВ
Ю
Mg
0,20
З
СВ
В
0,00
ЮЗ
ЮВ
Ю
Выпадение солей с осадками
D, кг/га*год
D, кг/га в год = Cср.× Σm × 10-2
1982-2000
2001-2005
0,10
0,02
С – концентрация иона, мг/л
HCO3 24,2
26,1
Σm – сумма осадков за год, мм
SO4
46,4
18,0
Cl
27,0
11,8
NO3
12,4
11,8
Ca
26,3
17,4
Mg
2,0
0,8
Na
3,7
2,0
K
1,2
1,0
NH4
6,7
4,1
H
сумма 150,0
93,0
Выпадение солей с
атмосферными осадками
в 2001 – 2005 гг.
изменялось
от 81,4 до 100,8 кг/га в год,
что меньше среднего
многолетнего значения
(136,5 кг/га в год)
Изменение минерализации осадков
(1982 – 2005 гг.)
мг/л
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
1982
1985
1988
1991
1994
1997
2000
2003
мг/л
Тренд минерализации осадков
за весь период наблюдений
30,0
30,0
25,0
25,0
20,0
20,0
15,0
15,0
10,0
5,0
10,0
y = 0,76x + 16,6
2
R = 0,550
y = -0,74x + 22,89
2
R = 0,560
5,0
0,0
0,0
1982
1985
1988
1991
1992
1995
1998
2001
2004
Выводы
По наблюдениям МО МГУ химический состав
атмосферных осадков в 2001-2005 гг. по
сравнению с наблюдениями в предшествующий
период характеризуется:
1. уменьшением кислотности осадков
2. снижением концентраций почти всех ионов, в
особенности, сульфатов и хлоридов
3. уменьшением количества выпадающих солей на
подстилающую поверхность
4. изменением класса осадков – Ca - HCO3
(раньше Ca – SO4)
Ионный состав и кислотность
атмосферных осадков в 2001-2005 г.
по наблюдениям метеорологической
обсерватории МГУ
Еремина Ирина Дмитриевна
МГУ им. М.В.Ломоносова
Географический факультет
кафедра метеорологии и
климатологии
Метеообсерватория
Teл: 939-23-37
[email protected]
Химический состав выпадений
с атмосферными осадками
•
•
•
•
Са(НСО3)2, Mg(НСО3)2
MgSO4 , К2SO4, (NH4)2SO4, Na2SO4.
KCl, CaCl2, NaCl, NH4Cl
Ca(NO3)2, NH4NO3
• В пробах с рН<5 НCl, H2SO4, HNO3
(r = 0.4 – 0.6)
• В пробах с рН>7 нет корреляции иона Н+ с
анионами